Kennen Sie Ihre Daten - Validierung einer Kamera-Sitzung in ArcGIS Reality Studio

FelixRohrbach

Haben Sie jemals Schwierigkeiten gehabt, zuverlässige Ergebnisse aus Ihren Reality Mapping-Projekten zu erhalten? In vielen der Support-Fälle, die wir sehen, liegt die Ursache nicht in den Bildern selbst, sondern darin, wie die Daten dem Projekt hinzugefügt wurden. Oft liegt es an einem falsch interpretierten Sensorparameter oder falschen Orientierungsinformationen, die beim Erstellen der Kamera-Session festgelegt wurden. Wenn das passiert, kann Reality Studio nicht genügend Übereinstimmungen zwischen überlappenden Bildern finden, und die Verarbeitung schlägt fehl oder liefert verzerrte Ergebnisse.<\/P>

In Reality Studio werden Daten in Aufnahme-Sessions organisiert. Eine Aufnahme-Session repräsentiert die während einer einzelnen Erfassung gesammelten Daten, wie z. B. einen Flug, und kann Bilder von einer oder mehreren Kameras zusammen mit Sensordaten wie lidar<\/A> enthalten. Wenn diese Struktur korrekt eingerichtet ist, ermöglicht sie Reality Studio, zu interpretieren, wie die Daten erfasst wurden   und sie in hochwertige Kartierungsergebnisse umzuwandeln. Die Validierung Ihrer Eingaben bevor Sie mit einer zeitintensiven Verarbeitung beginnen, ist ein wesentlicher Schritt, da eine falsche Sensordefinition typischerweise Lücken, Artefakte oder Verzerrungen in Ihren Reality-Produkten verursacht.<\/P>

Die folgenden Abschnitte beschreiben praktische Prüfungen, mit denen Sie bestätigen können, dass die Anfangsgeometrie einer Kamera-Session plausibel ist, bevor Sie mit der Verarbeitung fortfahren.<\/P>

Was ist eine Kamera-Session?<\/H1>Eine Kamera-Session beschreibt die Anfangsgeometrie für eine Reihe von Bildern, die mit einer einzigen physischen Kamera innerhalb einer Aufnahme-Session gesammelt wurden. Sie kombiniert die Bilddateien, die Position und Orientierung der Kamera (äußere Orientierung) sowie eine Kameradefinition, die die Optik des Sensors modelliert.<\/P>Jede Kamera-Session basiert auf den folgenden Eingaben:<\/P>Bilder:<\/STRONG> Die vom Kamerasystem aufgenommenen Bilddateien. Sie müssen auf der Festplatte zugänglich und korrekt referenziert sein.<\/LI>Daten zur äußeren Orientierung:<\/STRONG> Die Kamerapositionen und -rotationen für jedes Bild, typischerweise aus den Bildmetadaten gelesen oder über eine Orientierungsdatei bereitgestellt. Diese Werte werden normalerweise von einem GNSS\/INS-System protokolliert.<\/LI>Kamerakalibrierung:<\/STRONG> Die inneren Parameter, die den Kamerasensor und das Objektiv modellieren. Diese Informationen sind normalerweise im Kalibrierungsbericht verfügbar.<\/LI>Koordinatensystem:<\/STRONG> Der horizontale und vertikale räumliche Bezug der Orientierungsdaten.<\/LI>Achs-Konventionen:<\/STRONG> Die Rotationskonvention und Winkeleinheiten, die zur Interpretation der Orientierungswerte verwendet werden.<\/LI><\/UL>Diese Eingaben definieren zusammen, wo jedes Bild aufgenommen wurde, in welche Richtung die Kamera zeigte und wie ein Punkt in der realen Welt auf den Kamerasensor projiziert wird. Reality Studio verwendet diese Informationen als Ausgangspunkt für Ausrichtung und Rekonstruktion.<\/P>Kennen Sie Ihre Daten<\/H1>Viele Konfigurationsfehler beruhen auf einer Diskrepanz zwischen dem, was Reality Studio erwartet, und dem, was die Daten darstellen. Wenn Sie mit Bildern arbeiten, die von großformatigen Frame-Sensoren aufgenommen wurden, haben diese Daten typischerweise einen separaten Nachbearbeitungsworkflow durchlaufen, der vom Kamerahersteller bereitgestellt wird. Diese Workflows erlauben es, Ausgabespezifikationen festzulegen, die bei der Erstellung Ihrer Aufnahme-Session berücksichtigt werden müssen.<\/P>Einige Punkte sind es wert, im Voraus bestätigt zu werden:<\/P>Beschaffen Sie das Kalibrierzertifikat für die verwendeten Kameras.<\/STRONG> Verlassen Sie sich nicht auf Marketingbroschüren oder nehmen Sie Parameter basierend auf dem Sensormodell an. Viele Sensoren haben Varianten mit unterschiedlichen Konfigurationen, und nur das Zertifikat spiegelt die tatsächliche Geometrie der Einheit wider, die Ihre Daten erfasst hat.<\/P>Kennen Sie den Verzerrungszustand Ihrer Bilder.<\/STRONG> Einige Hersteller korrigieren Linsenverzerrungen während der Vorverarbeitung und liefern verzerrungsfreie Bilder. Andere lassen diese Verzerrung drin; in diesem Fall benötigen Sie die Verzerrungsparameter für ein von Reality Studio unterstütztes Verzerrungsmodell.<\/P>Prüfen Sie Nachbearbeitungsschritte, die die Orientierung beeinflussen.<\/STRONG> Einige Operationen verändern das Bildmaterial ohne Aktualisierung der äußeren Orientierung. Ein häufiges Beispiel ist das Drehen von Bildern auf "Horizont oben", wobei EO-Winkel manuell korrigiert werden müssen, um zur neuen Bildorientierung zu passen.<\/P>Im Zweifelsfall fragen Sie den Datenanbieter nach dem Kalibrierprotokoll und einer Beschreibung aller angewendeten Nachbearbeitungsschritte.<\/P>Validierungsprüfungen<\/H1>Verwenden Sie die untenstehenden Prüfungen, um zu bestätigen, dass Ihre Kamera-Session korrekt erstellt wurde. Wenn Sie Probleme finden, beheben Sie diese zunächst mit einem kleinen Bildausschnitt. Kleinere Test-Sessions erleichtern es, Einstellungsprobleme zu isolieren und Korrekturen schnell zu überprüfen.<\/P>Kameraposition in Globe View<\/H2>Für die gerade erstellte Kamera-Session visualisieren Sie die Kamerafrustrums<\/A> aus dem Projektbaum und prüfen Sie Folgendes:<\/P>

• Erscheinen die Kameras an der korrekten geografischen Position?<\/LI>
• Entspricht die räumliche Verteilung

dem Erfassungsmuster<\/A>?<\/LI>Zeigen die Frustrums der Kameras in die erwartete Richtung?<\/LI>Passen Ausrichtung des Frustums (lange Seite vs kurze Seite) zur Ausrichtung der Kamera?<\/LI><\/UL>

Typische Probleme sind:<\/P>

• Kameras befinden sich weit über oder unter dem Gelände oder erscheinen am falschen Ort. Dies weist meist auf ein falsches vertikales Koordinatensystem hin.<\/LI>
• Kameras zeigen nach oben oder seitlich oder das Flugmuster wirkt gespiegelt oder gedreht. Dies deutet meist auf eine falsche Auswahl von Attributen der äußeren Orientierung oder eine falsche Rotationskonvention hin.<\/LI><\/UL>

Bild-Footprints<\/H2>Nachdem Sie die Kamerapositionen bestätigt haben, überprüfen Sie die Bild-Footprints. Footprints zeigen den Bodenbereich an, der von jedem Bild abgedeckt wird. Schalten Sie im Projektbaum die Sichtbarkeit der Footprints ein<\/A>, dann prüfen Sie Folgendes:<\/P>

• Decken die Footprints den Bereich ab, der mit diesem Flug erfasst werden sollte?<\/LI>
• ISt die

Überlappung zwischen den Bildern<\/A> (sowohl entlang als auch quer zur Flugrichtung) angemessen?<\/LI>Entspricht die Ausrichtung der Footprints am Boden der erwarteten Ausrichtung basierend auf der Kamerakonfiguration?<\/LI>Macht der im Kamera-Session-Inspektor angezeigte Bildinhalt Sinn für den Bereich des hervorgehobenen Footprints?<\/LI><\/UL>

Tipp:<\/STRONG> Wählen Sie im Kamera-Session-Inspektor ein Bild aus, um dessen Footprint auf dem Globus hervorzuheben.<\/P>Typische Fehlerquellen können sein:<\/P>Footprints sind viel kleiner oder größer als erwartet. Dies kann auf

falsche Kameraparameter<\/A> (z.B. Brennweite oder Sensorgröße) oder eine Diskrepanz im Koordinatensystem hinweisen.<\/LI>Footprints sind gespiegelt oder gedreht. Dies kann auf ein Problem mit Achsenausrichtung, Rotationsreihenfolge oder Winkeleinheiten hindeuten.<\/LI>Wenn Footprints gespiegelt/gedreht sind: Überprüfen Sie die Felder der verwendeten äußeren Orientierung und stellen Sie sicher, dass Einheiten korrekt eingestellt sind.<\/LI><\/UL>

Beispiel:<\/STRONG> Eine unangemessene Kameraeinstellung kann zu unerwartet großen Footprints einzelner Bilder führen. Dadurch überlappt ein Bild mehr folgende Frames als erwartet. Nach Korrektur des Parameters zeigen die Footprints eine Bildüberlappung entsprechend dem Flugplanungsparameter.

Falscher Footprint-Bereich<\/><\span>

Korrekte Footprint-Ausdehnung<\/><\span>

Beispiel:<\strong> In einer typischen Nadir-Kamerakonfiguration hat die Ausrichtung der Kamera eine größere Ausdehnung quer zur Flugrichtung. Die Visualisierung von Footprints ermöglicht es zu überprüfen, ob der Parameter für die Kameraausrichtung korrekt definiert ist.

Falsche Kameraausrichtung<\/><\span>

Korrekte Kameraausrichtung

Dynamisches Ortho

Kamerapositionen und Footprints bestätigen die Abdeckung und Blickrichtung. Ein dynamisches Ortho fügt eine weitere Überprüfung hinzu, indem jedes Bild auf eine Referenzfläche projiziert wird, sodass Sie überprüfen können, ob die Pixel an der richtigen Stelle landen.

Sie können ein dynamisches Ortho berechnen für die gesamte Kamerasitzung oder eine dedizierte Aufnahmesitzung erstellen, um mit einer kleineren Teilmenge zu beginnen und schnelleres Feedback während der Fehlerbehebung zu erhalten.

Sobald das dynamische Ortho verfügbar ist, können Sie es visualisieren und die folgenden Punkte überprüfen:

• Stimmen benachbarte Bilder ungefähr überein? Kleine Verschiebungen können vor der Ausrichtung normal sein.
• Passen erkennbare Merkmale wie Straßen oder Flüsse gut genug zur Basiskarte, um den Gesamtstandort zu bestätigen?
• Sehen Sie Verzerrungen, die nicht durch das Geländeprofil erklärt werden können?

Wenn Footprints vernünftig aussehen, aber die projizierten Bilder nicht ausgerichtet sind, liegt das Problem oft in der Kameradefinition und nicht in der äußeren Orientierung.

• Bestätigen Sie, dass die Definition der Bildkoordinatenachsen mit den Kamera- und Metadatenkonventionen übereinstimmt.
• Überprüfen Sie Verzerrungsparameter. Deaktivieren Sie sie bei Bedarf vorübergehend, um deren Einfluss zu verstehen.

Beispiel: Eine falsche Kameraeinstellung zeigt sich auch im dynamischen Ortho. Bei der Visualisierung des Orthos auf dem Globus wird deutlich, dass Merkmale nicht mit der Hintergrundkarte in Reality Studio übereinstimmen.

Features do not align with the background mapFeatures align with the background map

Beispiel: Ebenso zeigt ein dynamisches Ortho falsch ausgerichtete sich wiederholende Muster, wenn die Kameraausrichtung falsch definiert wurde. Die Wahl der korrekten Ausrichtung sorgt für ein gut ausgerichtetes Ergebnis im dynamischen Ortho.

Incorrect camera orientationCorrect camera orientation

Beispiel: Das dynamische Ortho kann auch helfen, kleinere Ausrichtungsprobleme zu identifizieren. In diesem Beispiel ist ein Versatz-Effekt in den Bildern entlang der Ränder eines Footprints zu erkennen. Dies weist auf eine Nichtübereinstimmung der Einheiten des Ausrichtungswinkels hin. Nach Auswahl der korrekten Option verschwindet der Versatz-Effekt und der Bildinhalt richtet sich schön aus.

Dynamic ortho with staggering effectWell aligned dynamic ortho

Zusammenfassung

Diese Validierungsprüfungen helfen Ihnen, drei Dinge zu bestätigen: Die Kamerapositionen sind korrekt (Frustums), die Betrachtungsgeometrie ist plausibel (Footprints) und Bildpixel werden an den richtigen Ort projiziert (dynamisches Ortho).

Sobald die Sitzung plausibel erscheint, können Sie mit Ihrem Reality-Mapping-Workflow fortfahren. Zu diesem Zeitpunkt müssen die Bilder nicht perfekt ausgerichtet sein. Sie müssen nur nah genug beieinander liegen, damit Reality Studio Übereinstimmungen zwischen überlappenden Bildern finden kann. Die Ausrichtung verfeinert dann die Kamerageometrie und unterstützt eine genaue 3D-Rekonstruktion.

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